工程信号分析基础PPT(共 81张)
合集下载
工程信号分析基础
9
第四章 工程信号分析基础
④ 自相关函数的工程应用
某滚动轴承在不同状 态下的振动加速度信号的 自相关函数，其中图(a)为 正常状态下的自相关函数 接近于宽带随机噪声的自 相关函数。图(b)所示为外 围滚道上有疵点，在间隔 为14ms处有峰值出现；图 (c)所示为内圈滚道上有疵 点，在间隔11ms处有峰值。
峭度：
＝ x4 p(x)dx －
4
第四章 工程信号分析基础
峭度指标、裕度指标和脉冲指标对于早期冲击 脉冲类故障比较敏感，但稳定性不好。均方根值稳 定性好，但对早期故障信号不敏感，因此多同时应 用。
5
第四章 工程信号分析基础
如图所示为一轴承 外圈在工作到21小时出 现损伤以后，峰态因数 与峰值指标的变化趋势。 由图可见，当轴承正常 工作时，两者都接近于 3，当出现损伤时，峰 态因数的变化趋势非常 明显，其值可达13，这 是因为信号中脉冲成分 比较明显的缘故。
6
第四章 工程信号分析基础
二、信号的时域分析
时域分析的主要特点是针对信号的时间顺序，即数据 产生的先后顺序。在时域中提取信号特征的主要方法有 相关分析和时序分析。
1. 相关分析：
① 相关系数：客观事物变化量之间的相依关系。随机变量 x和y之间的相关性利用相关系数表示：
xy
cxy
x y
E[(x x )( y y )] E[(x x )2 ]E[( y y )2 ]
11
第四章 工程信号分析基础
② 时序模型
自回归滑动平均模型ARMA(n,m)的意义：将观察值 表示为t时刻以前的n个观察值xt-1~xt-n以及m个随机干扰 αt-1~ αt-m的线性组合，其权因子即为自回归参数及滑动 平均参数。
信号分析与处理基础PPT课件 共90页
第2章 信号分析与处理基础
华南农业大学工程学院
被测对象
传感器
信号调理
显示记录 装置
信息输入 系统 信息输出
2
华南农业大学工程学院
物理上：信号是信息的载体，是信息的一种表现形 式，在测试技术中常常通过波形体现。
A 0
t
3
华南农业大学工程学院
第2章 信号分析与处理基础
主要内容如下：
一、信号的分类与描述 二、周期信号和离散频谱（傅里叶级数） 三、瞬态非周期信号和连续频谱（傅里叶变换） 四、随机信号分析
3）从信号的能量上 --能量信号与功率信号。
5
华南农业大学工程学院
1） 确定性信号和随机信号 可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。 不能用数学关系式描述的信号称为随机信号。
随机信号
6
华南农业大学工程学院
a) （确定性信号）周期信号：经一定时间间隔可重复出现的
信号 b)
x ( t ) = x ( t + nT0 ) (n =1，2，3….)
32
华南农业大学工程学院
33
华南农业大学工程学院
34
华南农业大学工程学院
第三节 瞬态非周期信号与连续频谱
离散频谱所对应的时域信号是否一定是周期信号
具有离散频谱的信号不一定是周期信号。 只有其各简谐分量的频率具有一个公约数（即频率 比为有理数）—基频，它们才能在某个时间间隔后 周而复始，合成后的信号才是周期信号。 把具有离散频谱的非周期信号称准周期信号。
0 30 50 ()
5 /2
0 30 50
/2
0 30 50
在频域中每个信号都需同时用幅频谱和相频谱来描述 15
华南农业大学工程学院
被测对象
传感器
信号调理
显示记录 装置
信息输入 系统 信息输出
2
华南农业大学工程学院
物理上：信号是信息的载体，是信息的一种表现形 式，在测试技术中常常通过波形体现。
A 0
t
3
华南农业大学工程学院
第2章 信号分析与处理基础
主要内容如下：
一、信号的分类与描述 二、周期信号和离散频谱（傅里叶级数） 三、瞬态非周期信号和连续频谱（傅里叶变换） 四、随机信号分析
3）从信号的能量上 --能量信号与功率信号。
5
华南农业大学工程学院
1） 确定性信号和随机信号 可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。 不能用数学关系式描述的信号称为随机信号。
随机信号
6
华南农业大学工程学院
a) （确定性信号）周期信号：经一定时间间隔可重复出现的
信号 b)
x ( t ) = x ( t + nT0 ) (n =1，2，3….)
32
华南农业大学工程学院
33
华南农业大学工程学院
34
华南农业大学工程学院
第三节 瞬态非周期信号与连续频谱
离散频谱所对应的时域信号是否一定是周期信号
具有离散频谱的信号不一定是周期信号。 只有其各简谐分量的频率具有一个公约数（即频率 比为有理数）—基频，它们才能在某个时间间隔后 周而复始，合成后的信号才是周期信号。 把具有离散频谱的非周期信号称准周期信号。
0 30 50 ()
5 /2
0 30 50
/2
0 30 50
在频域中每个信号都需同时用幅频谱和相频谱来描述 15
第3章 PPT 信号分析基础 1 工程测试技术
+
An2 (nω0)
22
● 周期信号及其频谱分析
■ 三角函数展开式
任何周期函数， 任何周期函数，都可以展开成正交函数线性组合的无穷 级数，如三角函数集的傅里叶级数: 级数，如三角函数集的傅里叶级数:
{cos nω0t , sin nω0t}
23
● 周期信号及其频谱分析
Байду номын сангаас
■ 时域&频域的比较 时域&
用被测物理量的强度作为纵坐标， 时间做横坐标， 用被测物理量的强度作为纵坐标，用时间做横坐标， 强度作为纵坐标 记录被测物理量随时间的变化情况。 记录被测物理量随时间的变化情况。
A(t)
0
t 信号波形图
3
信号分析基础
2
信号的分类
为深入了解信号的物理实质，从不同角度观察信号，可分为： 为深入了解信号的物理实质，从不同角度观察信号，可分为： ♣ 从信号可否确定分 -- 确定性信号、非确定性信号 确定性信号、 ♣ 从信号的幅值和能量分 ♣ 从分析域分
● 周期信号及其频谱分析 实频谱和虚频谱形式
■ 三角函数展开式
C n = Re C n + j Im C n = C n e
幅频谱和相频谱形式
jφ n
Cn =
(Re Cn ) + (Im Cn )
2
2
Im Cn φ n = arctan Re Cn
耐 心 点 哟 ！
27
ω (nω 0 )
● 周期信号及其频谱分析
10
■ 信号的分类及其描述域
（3） 连续时间信号与离散时间信号 连续时间信号: 连续时间信号:在所有时间点上有定义
离散时间信号:仅在若干时间点上有定义 离散时间信号:
工程信号分析及处理基础 PPT
信号
确定性信号 非确定性信号
周期信号
非周期信号 平稳随机信号 非平稳随机信号
简单周期信号 复杂周期信号
准周期信号 瞬态信号
图2-4 工程信号的分类
2.2.1确定性信号
• 确定性信号是指可用确定的数学关系式来描述 的信号。给定一个时间值就可得到一个确定的 函数值。如图2-5所示，单自由度质量弹簧系 统作无阻尼自由振动时的位移可由运动方程
学习要点
•工程信号的分类方法
••信信号 号时频域域分频析谱方 分学法 析方习法要 求
•典型激励信号的特性
2.1 概述
信号是信息的载体，是工程测试的对象。工 程实践中充满着大量的信息，获取这些信息并对 其进行分析、处理，可发现事物内在规律及事物 之间的相互关系。在各类工程测试中，一方面要 考虑将被测信号不失真地测量出来，另一方面又 要考虑经济性，即测量系统的性价比，为此在设 计或组建各参量测试系统前，应对被测信号有所 了解，做到有的放矢地组建测试系统。
• 3）从分析域上考虑
• a)时限信号：
• 若信号在有限区间（t1，t2）内有 定义，在区间外恒等于零，称为时域 有限信号，简称为时限信号。如图2-1 所示的矩形脉冲、2-2所示的作用于弹 底的火药燃气压力、水下爆炸冲击波 等。时限信号也称为瞬态信号，是动 态测试中研究的主要对象。
x(t)
0
t1
(a)
(b)
(c)
(d)
图2-6 确定性信号 (a)简谐信号；(b)复杂周期信号；(c)瞬态信号；(d)准周期信号。
直流信号：幅值不随时间变化的信号，其实质是频率为0的周期信号。
2.2.2 随机信号
•
不能用精确的数学关系式来表达，也无法确切地
工程信号分析基础
包括低通滤波器、高通滤波器、带通 滤波器、带阻滤波器等。
信号的增强
信号的增强
是指通过各种方法对信号进行增强处理，以提高信号的特征和可识别 性。常见的增强方法包括幅度增强、频率增强、时间域增强等。
幅度增强的方法
包括对数变换、指数变换、幂次变换等。
频率增强的方法
包括傅里叶变换、小波变换等。
时间域增强的方法
通过对医学影像的信号处理和分析， 提高医学影像的质量和诊断准确性。
生物传感器应用
利用工程信号分析技术，开发和应 用各种生物传感器，用于生理参数 的监测和疾病诊断。
环境监测工程
噪声污染分析
通过对环境中的噪声信号进行分析，评估噪声污染的程度和影响。
空气质量监测
利用工程信号分析技术，对空气中的污染物进行监测和分析，保障 环境质量和人体健康。
信号的特性
01
02
03
时域特性
信号在时域中的特性包括 幅度、频率、相位等。
频域特性
通过傅里叶变换等方法， 可以将信号从时域转换到 频域，分析其频谱特性。
其他特性
信号还可以具有能量、功 率、相关性和统计特性等。
02
工程信号的采集与处理
信号的采集
01 02
信号的采集
是指利用各种传感器和测量仪器，将待测的物理量转换为电信号的过程。 在信号采集过程中，需要选择合适的传感器和测量仪器，以确保采集到 的信号准确可靠。
信号的频域分析
总结词
频域分析是将信号从时间域转换到频率域，通过分析信号的 频率成分和频谱特性，揭示信号内在的规律和特征。
详细描述
频域分析通过傅里叶变换等方法将信号分解成不同频率的分 量，从而可以分析信号中各频率成分的幅值和相位信息。频 域分析在信号处理、通信、振动分析等领域有广泛应用。
信号分析基础(ppt)
在时间段 (t1，t2)内有定义，其外恒等于零。
三角脉冲信号
2. 频域有限信号 在频率区间(f1，f2 )内有定义，其外恒等于零
正弦波幅值谱
第一节 信号类型
(四) 连续时间信号与离散时间信号 1. 连续时间信号：在所有时间点上有定义。
幅值连续
幅值不连续
2.离散时间信号：在若干时间点上有定义。
采样信号
第一节 信号类型
(五) 物理可实现信号与物理不可实现信号 1. 物理可实现信号： 2. 满足条件：t＜0时，x(t) = 0
2. 物理不可实现信号：在t<0就预知信号
第一节 信号类型
(六)信号分析中的常用函数
例 冲激函数的傅立叶变换
1)定义
在τ时间内激发出矩形脉冲，宽度为τ，高度为1/τ，面 积为1。在极限情况下，当τ→0时，高度无限增大，但 面积保持1。
x (t )
1
0
t T 2
t T 2
x ( t )的能量 W ＝ T
第一节 信号类型
2.功率信号
在所分析区间(-∞，∞)内，功率是有限值。
Tl i m21T
T x2(t)dt
T
一般持续时间无限的信号属于功率信号。
复杂周期信号
噪声信号(平稳)
第一节 信号类型
(三) 时限与频限信号 1. 时域有限信号
第二节 系统
三、频率响应特性
——在初始条件为零的条件下，系统输出y(t)的傅氏变 换Y(jω)与输入量x(t)的傅氏变换X(jω)之比
第二节 系统
目的： 1) 根据信号频率范围及测量误差要求确定测量系统； 2) 已知测量系统动态特性，估算可测量信号的频率范围 与对应的动态误差。
二、传递函数 初始条件为零时，系统输出的拉氏变换与输入的拉
三角脉冲信号
2. 频域有限信号 在频率区间(f1，f2 )内有定义，其外恒等于零
正弦波幅值谱
第一节 信号类型
(四) 连续时间信号与离散时间信号 1. 连续时间信号：在所有时间点上有定义。
幅值连续
幅值不连续
2.离散时间信号：在若干时间点上有定义。
采样信号
第一节 信号类型
(五) 物理可实现信号与物理不可实现信号 1. 物理可实现信号： 2. 满足条件：t＜0时，x(t) = 0
2. 物理不可实现信号：在t<0就预知信号
第一节 信号类型
(六)信号分析中的常用函数
例 冲激函数的傅立叶变换
1)定义
在τ时间内激发出矩形脉冲，宽度为τ，高度为1/τ，面 积为1。在极限情况下，当τ→0时，高度无限增大，但 面积保持1。
x (t )
1
0
t T 2
t T 2
x ( t )的能量 W ＝ T
第一节 信号类型
2.功率信号
在所分析区间(-∞，∞)内，功率是有限值。
Tl i m21T
T x2(t)dt
T
一般持续时间无限的信号属于功率信号。
复杂周期信号
噪声信号(平稳)
第一节 信号类型
(三) 时限与频限信号 1. 时域有限信号
第二节 系统
三、频率响应特性
——在初始条件为零的条件下，系统输出y(t)的傅氏变 换Y(jω)与输入量x(t)的傅氏变换X(jω)之比
第二节 系统
目的： 1) 根据信号频率范围及测量误差要求确定测量系统； 2) 已知测量系统动态特性，估算可测量信号的频率范围 与对应的动态误差。
二、传递函数 初始条件为零时，系统输出的拉氏变换与输入的拉
第二章_信号分析与处理基础 共101页PPT资料
如下周期方波的时域描述：
x(t)
A
x ( t ) x ( t nT 0 )
x
(t)
A
A
0 t T0 2
T0 t 0
T0
2
应用傅里叶级数展开：
x (t) 4 A (s0 it n 1 3 s3 in 0 t 1 5 s5 in 0 t ...)式中：
21
华南农业大学工程学院
傅立叶级数的三角函数形式还可以改写成：
xta0 (anco n0 stb nsin n0t) n 1
x(t) a0 An cos(n0t n ) n1
周期信号是由一个或几个、乃至无穷多 个不同频率的谐波叠加而成的。式中第 一项a0为周期信号中的常值或直流分量， 从第二项依次向下分别称为信号的基波 或一次谐波、二次谐波、三次谐
3）从信号的能量上 --能量信号与功率信号。
5
华南农业大学工程学院
1） 确定性信号和随机信号 可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。 不能用数学关系式描述的信号称为随机信号。
随机信号
6
华南农业大学工程学院
a) （确定性信号）周期信号：经一定时间间隔可重复出现的
信号 b)
x ( t ) = x ( t + nT0 ) (n =1，2，3….)
0
2 T0
将上式改写为：
x(t)4A( 1sint) n1n
式中：
n0
以 为独立变量，得到该周期方波的频域描述。
n1,3,5,...
13
华南农业大学工程学院
信号与系统分析PPT全套课件可修改全文
1．系统的初始状态
根据各电容及电感的状态值能够确定在 t 0
时刻系统的响应及其响应的各阶导数
( y(0 ) k 1, 2 , , n 1)
称这一组数据为该系统的初始状态。
2．系统的初始值
一般情况下，由于外加激励的作用或系统内 部结构和参数发生变化，使得系统的初始值与 初始状态不等，即：
y(0 ) y(0 )
自由响应又称固有响应，它反映了系统本身 的特性，取决于系统的特征根； 强迫响应又称强制响应，是与激励相关的响 应。 利用经典法可以直接求得自由响应与强迫响 应，强迫响应即特解
先求得系统的零输入响应和零状态响应，并 获得系统的全响应；
然后利用系统特性与自由响应、激励与强迫 响应的关系可以间接得到自由响应和强迫响应。
t
f (t) (t)dt f (0) (t)dt
f (0) (t)dt f (0)
(1)
0
t
ห้องสมุดไป่ตู้（3）偶函数
（4）
(at)
1 a
(t)
f (t) (t) ( f (0))
（5） (t)与U (t)的关系
0
t
1.2 基本信号及其时域特性
单位冲激偶信号 '(t)
f (t) 1/
f ' (t) (1/ )
第2章 连续系统的时域分析
2.1 LTI连续系统的模型 2.2 LTI连续系统的响应 2.3 冲激响应与阶跃响应 2.4 卷积与零状态响应
2.1 LTI连续系统的模型
2.1.1 LTI连续系统的数学模型 2.1.2 LTI连续系统的框图
返回首页
2.1.1 LTI连续系统的数学模型
对于任意一个线性时不变电路，当电路结构 和组成电路的元件参数确定以后， 根据元件的伏安关系和基尔霍夫定律，可以 建立起与该电路对应的动态方程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5 0
-2
0
1
0
2
4
工程信号分析基础 信号的时域分析
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
1
混合信号 0
-1 0
15
10
5
50
100
150
200
0 -1
0
1
概率分析
轴承故障分析
正常状态
工程信号分析基础 信号的时域分析 波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
外圈故障
概率分析
正态分布的基本概念
均值 方差
工程信号分析基础 信号的时域分析
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
正态分布关于均值 u 对称，在此处取得最大值 方差σ 代表了概率分布的离散程度，σ 越小，越靠近均值
概率分析
轴承故障分析
正常状态 利用均值和方差Байду номын сангаас定量评价： 方差越小，说明离均值越近，
转轴发生不对中故障时， 信号在一个周期内，旋转 频率的2倍频成分明显加大 （一周波动2次）
转子发生碰摩和偏载，时 域信号中存在明显的削波 和不对称的现象
轴承/齿轮因故障产生冲击
vel
vel
vel,
工程信号分析基础 信号的时域分析
不平衡
不对中
Time 碰摩&偏载
冲击
信号的时域分析方法
信号的波形分析 概率分析 信号的多段平均 信号的统计特征值 信号的趋势分析 信号的相关分析
存在故障的可能性就越大 反之，设备正常
工程信号分析基础 信号的时域分析 波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
概率函数：受 间隔区间影响
概率分析
工程信号分析基础 信号的时域分析
概率密度函数
概率函数
波形分析 概率分析
p (x )= Δ lx → i0P m [x≤ x (t Δ )x ≤ x + Δ x ]= Δ lx → i0 Δ 1 m x [T l→ ∞ iΔ T m t] 多相特段关征平分值均析 趋势分析 区间范围
工程信号分析基础 信号的时域分析
时域波形分析
特点
时域波形直观、易于理解 包含的信息量大 但不容易看出所包含信息与故障的联系
应用
对某些故障信号进行初步、定性的判断
工程信号分析基础 信号的时域分析
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
时域波形分析
实例
旋转机械出现不平衡故障 时，信号中有明显的以旋 转频率为特征的周期成分 (接近正弦波形)
工程信号分析的意义
不平衡质量块加重
l 时域信号幅值升高 l 频域信号幅值升高
增加转速
l 时域信号更密集 l 频域信号频域值改变，即转频改变
工程信号分析的意义
时域：幅值？周期特性？ 频域：幅值？频率大小？
Questions:
1. 时域还可以关注哪些特征？ 2. 复杂信号如何观察频域特征？
工程信号分析基础
2
0
-2
-4
0
50
100
150
200
250
300
60
2
40
0
20
-2
-4 0
0
50
100
150
200
250
300
-4 -2
0
2
4
概率分析
几种典型信号的概率密度函数
1
Sin信号 0
-1 0
4 2
白噪声 0
-2 0
50
100
150
200
50
100
150
200
25 20 15 10
5 0
-1 20 15 10
机械设备故障诊断技术
---信号的时域分析、频域分析
北京科技大学 机械工程学院 黎敏
2019/8/19
设备故障诊断技术
三个阶段
状态监测 分析诊断 决策处理
设备
传感器
状态监测
信号采集、数据显示 分析处理、状态识别
分析诊断
故障诊断、决策
巡回监测
监护运行 停机检修 决策处理
治理防治
工程信号分析的意义
2
0
求信号幅值落在每
个小区间内的次数
-2
-4
0
50
100
150
200
250
300
信号最小值
概率分析
工程信号分析基础 信号的时域分析
p(x)不受所取幅值间隔大小的影响
p(x)=
P(x) x
物理含义：表示概率相对幅值的变
化率，或单位幅值的概率，有密度的概念
量纲为1/(dx)
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
概率密度函数的计算
概率密度函数： 不受间隔区间大 小的影响
概率分析
工程信号分析基础 信号的时域分析
p( x)= P( x)不受所取幅值间隔大小的影响 x
p ( x ) 物理含义：表示概率相对于幅值的变化 率，或单位幅值的概率，有密度的概念
量纲为1/(∆x)
信号最大值
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
x(t)
Δt1 Δt2
Δt3 Δt4
Δt5
x+Δx x
0
t
T
概率分析
工程信号分析基础 信号的时域分析
概率函数
各态历经过程的样本函数x(t)的值落在x和(x+Δx)
范围内的概率为：
t
P(xx(t)xx)lim
T T
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
n
t ti 表示 x(t) 落在 x 和 (x+Δx) 范围内的总时间， i 1 T 表示总的观察时间
在叶片上粘贴硬币，模拟工程实际中的不平衡现象 转速 n：单位时间内物体做圆周运动的圈数 (r/min) 转频 f：每秒转过的圈数，f = n/60 (r/s = Hz)
工程信号分析的意义
增加硬币重量，模拟更严重的不平衡现象 时域和频域的幅值变大
工程信号分析的意义
将转速提高为原来的2倍，120r/min 时域中信号变得密集，频域中特征频率是原来的2倍
工程信号分析基础 信号的时域分析
观察波形特征，定性分析
概率分析
工程信号分析基础 信号的时域分析
概率函数
各态历经过程的样本函数x(t)的值落在x和(x+Δx)
范围内的概率为：
t
P(xx(t)xx)lim
T T
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
n
t ti 表示 x(t) 落在 x 和 (x+Δx) 范围内的总时间， i 1 T 表示总的观察时间
信号的时域分析
信号的波形分析 概率分析 信号的多段平均 信号的相关分析 信号的统计特征值 信号的趋势分析
信号的频域分析
幅值谱 功率谱 倒频谱
关注:
1. 方法的原理？ 2. 方法的作用？ 3. 方法的适用性（注意事项）？
信号的时域分析方法
信号的波形分析 概率分析 信号的多段平均 信号的相关分析 信号的统计特征值 信号的趋势分析
-2
0
1
0
2
4
工程信号分析基础 信号的时域分析
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
1
混合信号 0
-1 0
15
10
5
50
100
150
200
0 -1
0
1
概率分析
轴承故障分析
正常状态
工程信号分析基础 信号的时域分析 波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
外圈故障
概率分析
正态分布的基本概念
均值 方差
工程信号分析基础 信号的时域分析
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
正态分布关于均值 u 对称，在此处取得最大值 方差σ 代表了概率分布的离散程度，σ 越小，越靠近均值
概率分析
轴承故障分析
正常状态 利用均值和方差Байду номын сангаас定量评价： 方差越小，说明离均值越近，
转轴发生不对中故障时， 信号在一个周期内，旋转 频率的2倍频成分明显加大 （一周波动2次）
转子发生碰摩和偏载，时 域信号中存在明显的削波 和不对称的现象
轴承/齿轮因故障产生冲击
vel
vel
vel,
工程信号分析基础 信号的时域分析
不平衡
不对中
Time 碰摩&偏载
冲击
信号的时域分析方法
信号的波形分析 概率分析 信号的多段平均 信号的统计特征值 信号的趋势分析 信号的相关分析
存在故障的可能性就越大 反之，设备正常
工程信号分析基础 信号的时域分析 波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
概率函数：受 间隔区间影响
概率分析
工程信号分析基础 信号的时域分析
概率密度函数
概率函数
波形分析 概率分析
p (x )= Δ lx → i0P m [x≤ x (t Δ )x ≤ x + Δ x ]= Δ lx → i0 Δ 1 m x [T l→ ∞ iΔ T m t] 多相特段关征平分值均析 趋势分析 区间范围
工程信号分析基础 信号的时域分析
时域波形分析
特点
时域波形直观、易于理解 包含的信息量大 但不容易看出所包含信息与故障的联系
应用
对某些故障信号进行初步、定性的判断
工程信号分析基础 信号的时域分析
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
时域波形分析
实例
旋转机械出现不平衡故障 时，信号中有明显的以旋 转频率为特征的周期成分 (接近正弦波形)
工程信号分析的意义
不平衡质量块加重
l 时域信号幅值升高 l 频域信号幅值升高
增加转速
l 时域信号更密集 l 频域信号频域值改变，即转频改变
工程信号分析的意义
时域：幅值？周期特性？ 频域：幅值？频率大小？
Questions:
1. 时域还可以关注哪些特征？ 2. 复杂信号如何观察频域特征？
工程信号分析基础
2
0
-2
-4
0
50
100
150
200
250
300
60
2
40
0
20
-2
-4 0
0
50
100
150
200
250
300
-4 -2
0
2
4
概率分析
几种典型信号的概率密度函数
1
Sin信号 0
-1 0
4 2
白噪声 0
-2 0
50
100
150
200
50
100
150
200
25 20 15 10
5 0
-1 20 15 10
机械设备故障诊断技术
---信号的时域分析、频域分析
北京科技大学 机械工程学院 黎敏
2019/8/19
设备故障诊断技术
三个阶段
状态监测 分析诊断 决策处理
设备
传感器
状态监测
信号采集、数据显示 分析处理、状态识别
分析诊断
故障诊断、决策
巡回监测
监护运行 停机检修 决策处理
治理防治
工程信号分析的意义
2
0
求信号幅值落在每
个小区间内的次数
-2
-4
0
50
100
150
200
250
300
信号最小值
概率分析
工程信号分析基础 信号的时域分析
p(x)不受所取幅值间隔大小的影响
p(x)=
P(x) x
物理含义：表示概率相对幅值的变
化率，或单位幅值的概率，有密度的概念
量纲为1/(dx)
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
概率密度函数的计算
概率密度函数： 不受间隔区间大 小的影响
概率分析
工程信号分析基础 信号的时域分析
p( x)= P( x)不受所取幅值间隔大小的影响 x
p ( x ) 物理含义：表示概率相对于幅值的变化 率，或单位幅值的概率，有密度的概念
量纲为1/(∆x)
信号最大值
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
x(t)
Δt1 Δt2
Δt3 Δt4
Δt5
x+Δx x
0
t
T
概率分析
工程信号分析基础 信号的时域分析
概率函数
各态历经过程的样本函数x(t)的值落在x和(x+Δx)
范围内的概率为：
t
P(xx(t)xx)lim
T T
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
n
t ti 表示 x(t) 落在 x 和 (x+Δx) 范围内的总时间， i 1 T 表示总的观察时间
在叶片上粘贴硬币，模拟工程实际中的不平衡现象 转速 n：单位时间内物体做圆周运动的圈数 (r/min) 转频 f：每秒转过的圈数，f = n/60 (r/s = Hz)
工程信号分析的意义
增加硬币重量，模拟更严重的不平衡现象 时域和频域的幅值变大
工程信号分析的意义
将转速提高为原来的2倍，120r/min 时域中信号变得密集，频域中特征频率是原来的2倍
工程信号分析基础 信号的时域分析
观察波形特征，定性分析
概率分析
工程信号分析基础 信号的时域分析
概率函数
各态历经过程的样本函数x(t)的值落在x和(x+Δx)
范围内的概率为：
t
P(xx(t)xx)lim
T T
波形分析 概率分析 多段平均 相关分析 特征值 趋势分析
n
t ti 表示 x(t) 落在 x 和 (x+Δx) 范围内的总时间， i 1 T 表示总的观察时间
信号的时域分析
信号的波形分析 概率分析 信号的多段平均 信号的相关分析 信号的统计特征值 信号的趋势分析
信号的频域分析
幅值谱 功率谱 倒频谱
关注:
1. 方法的原理？ 2. 方法的作用？ 3. 方法的适用性（注意事项）？
信号的时域分析方法
信号的波形分析 概率分析 信号的多段平均 信号的相关分析 信号的统计特征值 信号的趋势分析